用于二次电池的等离子体发生器和包括该等离子体发生器的层压系统的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年10月30日提交的第10-2020-0143819号韩国专利申请的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的全文并入于此。
3.技术领域
4.本发明涉及一种用于二次电池的等离子体发生器，其能够通过产生等离子体在隔膜的表面上形成图案化的粘附表面，还涉及一种包括该等离子体发生器的层压系统。


背景技术：

5.通常，与不可充电的一次电池不同，二次电池是指可充电和可放电电池。二次电池正被广泛用于诸如移动电话、笔记本电脑和摄像机之类的高科技电子领域。
6.此外，这种二次电池分为其中电极组件被内置在金属罐中的罐型二次电池和其中电极组件被内置在袋中的袋型二次电池。袋型二次电池包括电极组件、电解质和容纳电极组件和电解质的袋。而且，在电极组件中，正极和负极设置有隔膜。电极接片附接到正极和负极中的每一个，并且电极引线耦接到电极接片中每一个。
7.对二次电池执行层压工艺以改善其中正极、隔膜、负极被层压的电极组件的粘附性。
8.然而，二次电池具有如下问题：即使正极、隔膜和负极通过层压工艺改善了粘合性能，但电解质的浸渍力仍显著降低。
9.特别地，存在以下问题：在正极与隔膜之间或在负极与隔膜之间产生的气体没有被顺利地排出，因此很难保证电极组件的均匀质量。


技术实现要素：

10.技术问题
11.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于二次电池的等离子体发生器和包括该等离子体发生器的层压系统，在该等离子体发生器中，当执行层压工艺时，正极、隔膜和负极的粘合性增加，并且电解质的浸渍力增加，且在正极和隔膜之间或在负极和隔膜之间产生的气体容易被排出。
12.技术方案
13.根据本发明的用于实现上述目的的用于二次电池的等离子体发生器包括：转移辊，配置成转移隔膜；以及等离子体发生部件，配置成在由所述转移辊转移的隔膜的表面的一部分上形成具有粘附力的粘附表面，并且在剩余部分上形成不具有粘附力的非粘附表面，其中所述等离子体发生部件包括：嵌入转移辊中的金属构件；等离子体发生构件，设置成与转移辊间隔开，并配置成通过与金属构件的相互反应来产生等离子体，从而在隔膜的所述表面的所述部分上形成具有粘附力的所述粘附表面；以及阻挡构件，设置在转移辊的
外周表面上，并配置成阻挡金属构件与等离子体发生构件之间的相互反应，从而在隔膜的所述表面的剩余部分上形成没有粘附力的非粘附表面。
14.阻挡构件可以由非导电材料制成，以阻挡金属构件与等离子体发生构件之间的相互反应。
15.阻挡构件可以设置为沿着转移辊的圆周延伸并且具有彼此连接的两端的环形带。
16.阻挡构件可以设置为以规则或不规则间隔布置在转移辊上的多个阻挡膜。
17.阻挡构件可以通过将非导电膜附接到转移辊的外周表面而形成。
18.阻挡构件可以形成为在转移辊的外周表面上涂覆有非导电材料。
19.可以在转移辊的外周表面中形成插入凹槽，并且所述阻挡构件可以设置在转移辊的插入凹槽中。
20.设置在插入凹槽中的阻挡构件的外周表面和转移辊的外周表面可以具有相同的高度。
21.等离子体发生构件可以包括：主体，设置成对应于转移辊的长度方向；以及电极片，设置在主体中并配置成通过与金属构件的相互反应产生等离子体，从而在隔膜的表面上形成具有粘附力的粘附表面，其中所述电极片可以设置为电晕放电电极。
22.阻挡带可以设置成多个，在转移辊的长度方向上以规则或不规则的间隔形成。
23.根据本发明的层压系统包括：多个供应辊，配置成供应电极和隔膜，以便于电极和隔膜交替层压；第一切割器，配置成切割所述电极；等离子体发生器，配置成在隔膜的表面的一部分上形成具有粘附力的粘附表面，并且在剩余部分上形成不具有粘附力的非粘附表面；层压机，配置成热熔合所述电极和所述隔膜以制造自由基单元；以及第二切割器，配置成将自由基单元切割成相同的尺寸。
24.等离子体发生器可以配置成在隔膜和电极热被熔合之前在隔膜的表面上形成粘附表面和非粘附表面。
25.有益效果
26.根据本发明的用于二次电池的等离子体发生器可包括转移辊和等离子体发生部件，其中等离子体发生部件可包括金属构件、等离子体发生构件和阻挡构件。由于这些特征，具有粘附力的粘附表面和不具有粘附力的非粘附表面可以交替地形成在隔膜的表面上，因此可以制造具有图案化粘附表面的隔膜。
27.也就是说，等离子体发生部件可以通过与金属构件的相互反应产生等离子体，以在隔膜的表面的一部分上形成具有粘附力的粘附表面，并且阻挡构件可以阻挡金属构件与等离子体发生构件之间的相互反应，以在隔膜的表面的剩余部分上形成不具有粘附力的非粘附表面。结果，隔膜和电极之间的粘附力可以增加，并且电解质的浸渍力和隔膜与电极之间的气体排放力可以增加。
附图说明
28.图1是包括根据本发明实施方式的自由基单元的电极组件的截面视图。
29.图2是根据本发明的第一实施方式的层压系统的工艺视图。
30.图3是示出根据本发明的第一实施方式的用于二次电池的等离子体发生器的截面视图。
31.图4是设置有图3中的阻挡构件的转移辊的透视图。
32.图5是图4的平面视图。
33.图6是图4的侧视图。
34.图7是示出根据本发明第一实施方式的等离子体发生器的操作状态的平面视图。
35.图8是示出由根据本发明第一实施方式的用于二次电池的等离子体发生器制造的隔膜的平面视图。
36.图9是示出根据第二实施方式的用于二次电池的等离子体发生器中的设置有阻挡构件的转移辊的透视图。
37.图10是图9的局部剖视图。
38.图11是示出根据第三实施方式的用于二次电池的等离子体发生器中的设置有阻挡构件的转移辊的正视图。
39.图12是示出通过对根据本发明制造实例的自由基单元的粘附力进行实验而获得的结果的图。
40.图13是示出与根据比较例的自由基单元的电解质的浸渍力相关的实验的照片。
41.图14是示出与根据制造实例的自由基单元的电解质的浸渍力相关的实验的照片。
具体实施方式
42.在下文中，将参照附图以本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明的技术构思的方式详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式。在附图中，为了清楚起见，将省略对描述本发明不必要的任何内容，并且附图中相同的附图标记表示相同的元件。
43.[根据本发明的第一实施方式的电极组件]
[0044]
根据本发明第一实施方式的电极组件10可以通过以预定顺序重复层压一种自由基单元11或两种或更多种自由基单元11来形成。
[0045]
也就是说，如图1所示，根据本发明第一实施方式的电极组件10可以通过竖直层叠具有相同层叠结构的多个自由基单元11而形成。
[0046]
例如，根据本发明第一实施方式的电极组件10可以具有这样的结构，其中具有四层结构的自由基单元11被重复层压，在自由基单元11中作为正极的第一电极11a、隔膜11b、作为负极的第二电极11c和隔膜11b被连续层压。
[0047]
自由基单元11可以通过层压系统制造。这里，自由基单元11可以通过层压系统在粘附力、电解质的浸渍力和气体排出力方面得到改善。
[0048]
[根据本发明的第一实施方式的层压系统]
[0049]
如图2所示，根据本发明的第一实施方式的层压系统可以包括多个供应辊200、第一切割器300、层压机400和第二切割器500，所述多个供应辊200供应待交替层压的电极11a和11c以及隔膜11b，所述第一切割器300切割电极11a和11c，所述层压机400热熔合电极11a和11c以及隔膜11b以制造自由基单元片，所述第二切割器500以预定尺寸切割自由基单元片以制造自由基单元11。
[0050]
供应辊
[0051]
多个供应辊200包括供应作为正极的第一电极11a的第一电极供应辊210、供应一
个隔膜11b的第二电极供应辊220、供应作为负极的第二电极11c的第二电极供应辊230以及供应另一隔膜11b的第二隔膜供应辊240。
[0052]
第一切割器
[0053]
第一切割器300包括以预定尺寸切割一个电极11a的第一切割器构件310和以预定尺寸切割另一个电极11c的第二切割器构件320。
[0054]
层压机
[0055]
层压机400在对电极11a、电极11c和隔膜11b按压的同时施加热量以使电极11a、电极11c粘附到隔膜11b。
[0056]
第二切割器
[0057]
第二切割器500切割彼此对应的电极11a和11c之间的隔膜11b以制造自由基单元11。
[0058]
根据本发明的第一实施方式的包括上述部件的层压系统可以制造其中电极11a和11c以及隔膜11b交替层压的自由基单元11。然后，可以层压一个或多个自由基单元11以制造电极组件10。
[0059]
根据本发明第一实施方式的层压系统可以包括等离子体发生器100，用于改善自由基单元11的粘附力、电解质的浸渍力和气体排放力。也就是说，等离子体发生器100可以在隔膜的表面上形成具有粘附力的图案化粘附表面，以允许隔膜和电极彼此粘合。结果，可以增加粘附力、电解质的浸渍力和气体排放力。
[0060]
等离子体发生器
[0061]
等离子体发生器100配置成在隔膜的表面上形成具有粘附力的图案化粘附表面，如图3至图8所示。
[0062]
更详细地，等离子体发生器100可以在隔膜11b的表面上交替地形成具有粘附力的粘附表面11b-1和不具有粘附力或粘附力小于粘附表面11b-1的粘附力的非粘附表面11b-2，因此，粘附表面11b-1和非粘附表面11b-2可以在隔膜11b的表面上间隔地图案化。结果，由于电极和隔膜可以彼此图案化粘附，因此可以增加粘附力。特别地，当电解质或气体穿过形成在隔膜11b的表面上的非粘附表面11b-2时，电解质的浸渍力和气体排放力可以增加。
[0063]
例如，如图3所示，等离子体发生器100包括转移辊110和等离子体发生部件120，它们分别设置在第一隔膜供应辊220和层压机400之间的隔膜11b上或第二隔膜供应辊240和层压机400之间的隔膜11b上。
[0064]
转移辊110可设置成在隔膜的宽度方向上较长以支撑隔膜11b的底表面，并且同时在层压机400的方向上转移隔膜11b。
[0065]
等离子体发生部件120在由转移辊支撑的隔膜的表面上形成具有粘附力的图案化粘附表面。也就是说，等离子体发生部件120在支撑在转移辊110上的隔膜11b的表面的一部分或多个部分上形成具有粘附力的粘附表面11b-1，并且在隔膜11b的剩余部分上形成没有粘附力或粘附力小于粘附表面11b-1的粘附力的非粘附表面11b-2。因此，可以在隔膜的表面上形成具有粘附力的图案化粘附表面。
[0066]
更具体地，等离子体发生部件120包括金属构件121、等离子体发生构件122和阻挡构件123。
[0067]
金属构件121具有圆柱形状，嵌入转移辊110中，并且配置成在转移辊110的长度方
向上延伸。
[0068]
等离子体发生构件122设置成与转移辊110间隔开，并且通过与嵌入转移辊110中的金属构件121的相互反应产生等离子体，以在隔膜11b上形成具有粘附力的粘附表面11b-1。
[0069]
也就是说，等离子体发生构件122包括主体122a和电极片122b，主体122a设置成对应于转移辊110的长度方向，电极片122b设置在主体122a中并通过与金属材料121的相互反应产生等离子体以在隔膜11b的表面上形成具有粘附力的粘附表面11b-1。
[0070]
主体122a可以由非金属材料制成。因此，可以防止在金属构件121和电极片122b之间产生电阻，以在金属构件121和主体122a之间稳定地产生等离子体。
[0071]
主体122a可以由非金属材料的陶瓷制成。陶瓷是通过热处理工艺获得的非金属无机材料，并且具有耐热性、高强度和耐腐蚀性。特别地，由于陶瓷重量轻，因此可以提高使用效率。
[0072]
电极片122b设置在主体122a的不面向隔膜11b的外表面上，并且设置成在主体122a的长度方向(即，隔膜的宽度方向)上延伸。电极片122b可以是电晕放电电极。电晕放电电极可以在金属构件252和主体122a之间稳定地产生等离子体。
[0073]
阻挡构件123设置在转移辊110的外周表面上，以阻挡金属构件121和等离子体发生构件122之间的相互反应，从而在隔膜11b的表面的剩余部分上形成没有粘附力的非粘附表面11b-2。
[0074]
具有这样构造的等离子体发生部件120在支撑于没有阻挡构件123的转移辊110上的隔膜11b的表面上形成具有由于由金属构件121与等离子体发生构件122之间的相互反应生成的等离子体而产生的粘附力的粘附表面11b-1，并且因为通过阻挡金属构件121和等离子体发生构件122之间的相互反应而在支撑于设有阻挡构件123的转移辊110上的隔膜的表面上形成没有粘附力的非粘附表面11b-2。结果，可以在隔膜11b的表面上形成具有其中粘附表面和非粘附表面交替形成的图案结构的粘附层。
[0075]
因此，等离子体发生器100可包括转移辊110和等离子体发生部件120。这里，等离子体发生部件120可包括金属构件121、等离子体发生构件122和阻挡构件123，以使在隔膜的表面上具有粘附力的粘附表面图案化，并且电极和隔膜可通过图案化的粘附表面彼此图案化粘附以增加粘附力。特别地，当电解质和气体通过电极的非粘附部分和隔膜时，电解质的浸渍力和气体排出力可以增加。
[0076]
阻挡构件123可以由非导电材料制成，因此，可以阻挡金属构件121和等离子体发生构件122以便彼此不反应，结果，可以在隔膜的表面上稳定地形成非粘附表面。例如，阻挡构件可以由合成树脂、硅树脂、橡胶材料和聚氨酯中的任何一种制成。
[0077]
特别地，阻挡构件123设置为环形阻挡带，该环形阻挡带沿着转移辊110的外周表面延伸并且具有彼此连接的两端。因此，阻挡构件1230可以稳定地附接到转移辊110的外周表面，结果，可以增加耦接力。
[0078]
阻挡带不设置在转移辊110的外周表面上，隔膜的两端设置在转移辊110的外周表面上。因此，具有粘附力的粘附表面可以形成在隔膜的两个端部上，结果，隔膜的端部和电极的端部之间的粘附力可以增加。
[0079]
特别地，阻挡带可以在转移辊110的长度方向上以规则或不规则的间隔设置成多
个，因此，可以以规则或不规则的间隔交替地在隔膜11b的表面上形成多个非粘附表面11b-2和多个粘附表面11b-1。
[0080]
在转移辊110的外周表面上可以设置多个阻挡带，并且每个阻挡带的宽度可以从将转移辊的长度方向等分的中心线到两端逐渐减小。也就是说，设置在转移辊的中心线处的阻挡带形成有第一宽度，以在隔膜的宽度方向上的中心处形成具有与第一宽度对应的尺寸的非粘附表面，并且设置在转移辊的两端中的每一端处的阻挡带形成有小于第一宽度的第二宽度，以形成具有与隔膜的宽度方向上的第二宽度对应的尺寸的非粘附表面。因此，可以将大的非粘附表面固定在隔膜的中心以增加电解质的浸渍力和气体排出力，并且可以将小的非粘附表面固定在隔膜的两端以增加电极和隔膜之间的粘附力。
[0081]
等离子体发生器100还可以包括在转移辊110和等离子体发生部件120之间供应空气的空气供应构件130。空气供应构件130可以在转移辊110和等离子体发生部件120之间供应空气以使等离子体更稳定。
[0082]
因此，根据本发明的第一实施方式的层压系统可以包括等离子体发生器100，以制造具有图案化粘附表面的隔膜，如图8所示。此外，隔膜和电极可以彼此粘结以制造具有高粘合力、电解质的浸渍力和气体排放力的自由基单元。
[0083]
在下文中，在本发明的另一实施方式的描述中，具有与上述实施方式相同的组成和功能的组成在附图中被给予相同的附图标记，因此将省略重复的描述。
[0084]
[根据本发明的第二实施方式的等离子体发生器]
[0085]
如图9和10所示，根据本发明第二实施方式的等离子体发生器包括阻挡构件123。这里，阻挡构件123设置在形成于转移辊110的外周表面中的插入凹槽111中。这里，插入凹槽111具有沿着转移辊110的圆周方向连接的结构。因此，阻挡构件123可以更方便地设置在转移辊110的外周表面上。
[0086]
特别地，设置在插入凹槽111中的阻挡构件123的外周表面和转移辊110的外周表面具有相同的高度，以防止在转移辊110和阻挡构件123之间发生高度差，从而通过转移辊更稳定地转移隔膜。
[0087]
[根据本发明的第三实施方式的等离子体发生器]
[0088]
根据本发明第三实施方式的等离子体发生器包括阻挡构件123。这里，阻挡构件123设置有以规则或不规则间隔布置在转移辊110的外周表面上的多个阻挡膜。
[0089]
例如，如图11所示，多个阻挡膜可设置成沿着转移辊110的长度方向和周向方向以设定间隔布置。因此，可以在隔膜的表面上图案化具有粘附力的棋盘形粘附表面。
[0090]
根据本发明的另一实施方式，阻挡构件123可形成为沿着转移辊的圆周在转移辊110的外圆周表面上涂覆有非导电材料。因此，转移辊110和阻挡构件123之间的耦接力可以显著增加。
[0091]
[实验例]
[0092]
实验制备
[0093]
制备通过根据本技术的第一实施方式的层压系统制造的三个自由基单元。也就是说，根据本技术的第一实施方式的层压系统制造其中交替形成粘附表面11b-1、非粘附表面11b-2和粘附表面11b-1的隔膜11b，然后将隔膜和电极层压并粘合以制造自由基单元。
[0094]
在制造实例中，制备如上所述制造的三个自由基单元(参见图12)。
[0095]
粘合强度测试
[0096]
根据制造实例，将如上所述制备的三个自由基单元中提供的电极和隔膜彼此分离，以测量粘附界面上的负载。结果，可以获得与图12中的曲线图相同的曲线图。
[0097]
也就是说，参照图12，可以看出，在电极和隔膜之间的第一粘附部分(即，粘附表面)上产生大约35g/mm的负载。此外，可以确认在电极和隔膜之间的非粘附部分处产生5g/mm的负荷。这里，在电极和隔膜彼此不粘结的部分处出现的5g/mm可以是由层压机产生的粘合力。此外，可以看出，在电极和隔膜之间的第二粘附部分处产生约32g/mm的负载。
[0098]
因此，通过如上所述的实验结果，可以确认在自由基单元中的隔膜的表面上稳定地形成图案化粘附表面，所述自由基单元通过根据本发明的第一实施方式的层压系统制造。
[0099]
电解质的浸渍试验
[0100]
在制造实例中，准备根据本发明第一实施方式的通过层压系统制造的三个自由基单元，其中电极和隔膜彼此图案化粘合。
[0101]
在比较例中，制备其中电极和整个隔膜彼此粘合的三个自由基单元。
[0102]
将如上所述制备的根据比较例的自由基单元和根据制造实例的自由基单元放入储存在电解质中的相同水箱中1分钟，然后从水箱中取出。
[0103]
作为实验的结果，参考图13，在比较例中，可以确认当测量电解质相对于三个自由基单元中的每一个的浸渍力时，电解质被浸渍到5.5mm至6.0mm的深度。另外，参考图14，在制造实例中，可以看出电解质被浸渍最小深度为6mm，并且最大深度为26mm。在这种情况下，可以确认最小电解质浸渍部分是电极和隔膜之间的粘合部分，并且最大电解质浸渍部分是电极和隔离体之间的非粘合部分。
[0104]
因此，可以看出，与比较例相比，制造例中的电解质的浸渍力显著提高。
[0105]
因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述和其中描述的示例性实施方式限定。在本发明的权利要求的等同方式的含义内和在权利要求内进行的各种修改应该认为在本发明的范围内。
[0106]
[符号说明]
[0107]
11：自由基单元
[0108]
10：电极组件
[0109]
100：等离子体发生器
[0110]
110：转移辊
[0111]
111：插入凹槽
[0112]
120：等离子体发生部件
[0113]
121：金属构件
[0114]
122：等离子体发生构件
[0115]
122a:主体
[0116]
122b:电极片
[0117]
123：阻挡构件
[0118]
200：供应辊
[0119]
300：第一切割器
[0120]
400：层压机
[0121]
500：第二切割器。